10.2 Характеристики реостатного пуска

Построены па рис.4 справа от оси ординат.

Проводятся вертикали при значениях , соответствующих кратностям токов пуска и включения

= I1 / Iн =I1 = 78 / 31.2 =2.5

=/ =2.5 /1.675 = 1.49

Точка f на оси абсцисс и 1 на оси ординат соединяем прямой. Пересечение этой прямой с вертикалью= 1.49 дает точкуа , из которой проводится горизонталь до пересечения с вертикалью,точкаа’ .Соединение точека’ и1 дает следующую реостатную характеристику, пересечение которой с вертикальюдает точкуb.Горизонталь из точкиb при пересечении с вертикальюдает точкуb’. Реостатная характеристика 1- b’ при пересечении с вертикальюв точкес дает возможность проверить правильность построения реостатных характеристик.

В построении наблюдается погрешность (0.82-0.78)/0.82*100%=4.88% ,что допускается.

Каждая характеристика реостатного пуска имеет свое сопротивление

Rn1= Rn +Rя = 2.22 +0.6 =2.82 Ом

Rn2= Rn1-R3 = 2.82 -1.136 =1.684 Ом

Rn3= Rn2- R2 = 1.684- 0.678 =1.006 Ом

Для проверки получаемых графических значений скорости в точках a, b , c определим их расчетно. При этом используем свойства реостатных механических характеристик.

= 1-*=12.82 / 7.05*1.49 = 0.41

= 1-*=11.684/7.05*1.49 = 0.65

= 1-*=11.006 /7.05*1.49 = 0.79

Rн=Uн /Iн =220 /31.2 =7.05 Ом

Графически полученные значения ,,отличаются от расчетных не более чем на5 %.

По данным значений скорости на рис.4 для реостатных характеристик при Мн=1

Можно сделать вывод, что ступени пускового реостата обеспечивают небольшой диапазон регулирования скорости. Минимальное ее значение при полностью введенном реостате (характеристика с Rn1) равно 0.6, что меньше номинальной скорости всего лишь в 1.5 раза.

Для получения большего диапазона потребуется включения дополнительного сопротивления.

Пуск двигателя при номинальной нагрузке в одну ступень не допускается, так как включение всего пускового реостата сразу приведет к недопустимому броску тока.Это очевидно, если из точки b’’ провести горизонталь до пересечения с естественной М.Х.

Рис.3 

1 

=0.91

0.8c c’

е

b’’ b b’

0.6

а а’

0.4

0.2

f

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

М=I

10.3 Механические характеристики тормозных режимов: динамического и противовключения.

Показаны на рис.4

Характеристика динамического торможения ДТ при максимальном сопротивлении

R=Rnявляется прямой линией, проведенной через координаты точкиd

(=1, -М=) и 0

Рис.4



1

d

0.8

ДТ

0.6

ПК 0.4

0.2

= -2.5 Мпко -1 0 М=I

Характеристика противовключения ПК проходит через точку d (=1, - Мпк =) и

-Мпко=0.5при=0

Сопротивление в цепи якоря, обеспечивающие эти характеристики, имеют значения

Для ДТ : R=Rn+Rя =2.22+0.6=2.82 Ом

Для ПК : R=2Rn+Rя = 2*2.22 +0.6 = 5.04 Ом

Рис.5



1.51



Ф=0.667

В

=1.308

1.2



1

е

=0.91

0.8

3

Rn=4.32

0.6

4

Кш =0.609

0.4

2 А

0.2

0 0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 1.5

М

10.4 Механические характеристики, обеспечивающие при номинальном токе нагрузки

уменьшение скорости двигателя в 3 раза.

Результаты построений показаны на рис.5.Точками для проведения прямых линий искусственных М.Х. являются на оси ординатина вертикали Мн=1(точка А)

== 171.86 р/с

= 104.66 р/с

= 66.46 р/с

=257.68 р/с

В относительных значениях получаем

==1

= /=66.46 / 171.860.39

= Кш =0.609

Относительная скорость в точке А

= /3*= 157.08 /3*171.86 = 0.305

10.5 Механические характеристики с ослабленным магнитным потоком Ф=0.667

Строится по точкам при М=0 (ось ординат) ипри М=Мн=1(точка В на

рис.5).

Рассчитаем требуемые значения относительных скоростей:

= 1/ Ф= 1/ 0.667 =1.499

==1.499= 1.308

Rя=Rя /Rн = 0.6 /7.05 =0.085

Построенная М.Х. показана на рис.5с номером1

11.Потери мощности и КПД двигателя на искусственных М.Х. с параметрами ,

установленными в разделах 7 и 8 .Эти характеристики показаны на рис.5

Номинальные данные исследуемого двигателя:

Рн = 5.5 кВт

= 0.8

Iн = 31.2 А

= 157.08 p/c

Rя = 0.6 Ом

с= 1.28 Вс

Мн=Iн*с = 39.94p/c

По условиям контрольной Мс =Мнв =35.01 Нм

11.1 Номинальные потери на естественной М.Х.

Полные:

Рн=Рн*= 5.5*10*= 1375 Вт

Переменные:

Рнпер = I*Rя =31.2* 0.6 = 584 Вт

Постоянные:

Рнпос =Рн -Рнпер =1375 – 584 = 791 Вт

11.2 Потери мощности и КПД на М.Х. с пониженным напряжением якоря

U= 85.07 В

Ф= 1

Rn = 0

Rш = 

= 0.33

Мс = Мнв

Рс = Мс*=0.33 Рн

Характеристика показана на рис.5 с номером2

Согласно исходным данным, получаем

Рuпер =Рнпер = 584 Вт

Рuпос =Рнпос*= 791*0.33= 86.14 Вт

Как видно , переменные составляющие потерь не зависят от напряжения, если нагрузка

не меняется.

Коэффициент полезного действия

= Рс /( Рс +Рuпер+Рuпос ) = 1815 / (1815 +584+86.14)= 0.73

Рс = Мс*=0.33 Рн =0.33*5.5*10= 1815 Вт

По результатам расчетов видно , что общие потери мощности при понижении напряжения уменьшились относительно номинальных за счет Рuпос, уменьшившихся пропорционально квадрату скорости. Однако , относительное значение отдаваемой к потребляемой мощности в виде КПД тоже уменьшилось до 0.73 против 0.8 (номинальный КПД), так какPci=0.33Pн

11.3 Потери мощности и КПД на М.Х. с реостатомRn(характеристика нарис.5 с

номером 3)

Здесь

U=Uн

Ф= 1

Rn= 4.32 Ом

Rш =

= 0.33

Рс = 1815 Вт

Рассчитываем необходимые показатели :

Pnпер =Рнпер*(1+Rn/Rя) = 584*(1+4.32 /0.6)= 4788.8 Вт

Pnпос =Рнпос*=791*0.33= 86.14 Вт

= Pc/ (Pc+Pnпер +Pnпос) =1815 / (1815+4788.8+86.14 ) = 0.27

Переменные потери за счет потерь в резисторе Rnочень большие, в 2.6 раза выше отдаваемой мощности. Это обусловило низкий КПД , всего 0.27

11.4 Потери мощности и КПД на М.Х. реостатного регулирования с шунтированием якоря

при параметрах, рассчитанных в пункте 8.3

U=Uн =220В

Ф= 1

Rn= 2.54 Ом

Rш = 2.399 Ом

Кш = 0.609

=0.2

Мn*=39.94*0.2*157.08= 1254.76 Вт

Характеристика показана на рис.5 с номером 4

Pшпер =Рнпер(1+Rn/Rя * Кш) +U*Кш/Rш

Pшпер =584*(1+2.54/0.6*0.609)+ 220 *0.609/2.399= 2089.61+12126.62=14216.23 Вт

Pшпер14.22 кВт

Pшпос =Pnпос =Рuпос = 86.14 Вт

Переменные потери превышают полезную отдаваемую мощность в 14.22 /1.82= 7.8 раз

=1815 / (1815 +86.14 +14216.23)0.11

Очень большие потери и крайне низкий КПД , поэтому в достигнутом диапазоне номинальной скорости 1:3 можно работать только кратковременно.

11.5 Потери мощности и КПД двигателя на М.Х. с ослабленным потоком (характеристика

1 на рис.5)

Исходные данные рассчитаны в пункте 7:

U=Uн =220В

Ф= 0.667

= 1.5

Rn= 0 Ом

Rш =

Iс= Iн

Pфпер =Рнпер*(Мс /Мн) *1/ Ф*(1+Rn/Rя * Кш) +U*Кш/Rш =

=Рнпер*(Iн*с* Ф/ (Iн *с *1)) *1/ Ф*(1+0) +0 =Рнпер

Переменные потери не зависят от изменения потока, так же как при изменениях напряжения , если ток нагрузки остался неизменным. В нашем случае ,когда Iс=Iн, имеем

Pфпер =Рнпер =584 Вт

При ослабленном потоке для обеспечения условия Iя=Iн = const необходимо уменьшить момент нагрузки Мс ,соблюдая равенство

Мс= Iн*с * Ф

Иначе двигатель будет перегреваться.

Мс=Мн* Ф= Мн*0.667 =Рн /*0.667

Развиваемая на валу мощность останется номинальной , так как момент уменьшился ровно во столько раз, во сколько увеличилась скорость.

Рс=Мн / 1.5 **1.5 =Мн*=Рн =5.5 кВт

Постоянная составляющая потерь

Pфпос=Рнпос*(1.5/)=791*1.5= 1779.75 Вт

Величина КПД

=5500/(5500+1779.75+584) = 0.699

Коэффициент полезности действия уменьшился относительно номинального значения 0.8 за счет увеличения постоянной составляющей потерь.

11.6Заключение по расчетам КПД.

1. Потери мощности и величина КПД двигателя отличаются от номинальных паспортных значений во всех случаях, когда нагрузка и скорость становятся не номинальными. Изменения идут всегда в худшую сторону.

2. На показатель КПД прежде всего влияет величина отдаваемой полезной мощности. Чем меньше эта мощность , тем меньше коэффициент полезного действия, так как удельный вес потерь при этом возрастает.

3. При одинаковых значениях момента нагрузки и скорости , а следовательно и мощности на валу двигателя, наибольшие потери наблюдаются при реостатных способах регулирования.

4. Наибольшие потери мощности и наименьший КПД наблюдается при реостатном регулировании с дополнительном шунтированием якоря. Здесь КПД может составлять несколько процентов (в пункте 11.4 он равен 11%)

12.Диаграммы переходных процессов М(t),(t) для циклов работы двигателя:

а) пуск без нагрузки(в холостую), прием нагрузки, работа при номинальной нагрузке, сброс нагрузки, торможение противовключением до остановки.

в) пуск, работа, динамическое торможение в одну ступень до остановки- все при номинальной нагрузке.

12.1 Постоянные времени М.Х.

Для естественной характеристики:

Тме = J*Rя/ с=0.4*0.6 / 1.28= 0.146c

Для характеристик реостатного пуска:

Тм1 = J*Rn1 / с=0.4*2.82 / 1.28= 0.668 с

Тм2 = J*Rn2 / с=0.4*1.684 / 1.28= 0.411 с

Тм3 = J*Rn3 / с=0.4*1.006 / 1.28= 0.246 с

Значения Rn1,Rn2 ,Rn3 определены в пункте 10.2

Для тормозных режимов:

Тм=J*R/ с= 0.4*2.22/1.28=0.542c

Тм=J*Rnк/ с= 0.4*5.04/1.28=1.23 с

Значения RиRnк определены в разделах 3 и 4.

12.2 Длительности ПП определяются по выражению

t= Тмi* ln

Для холостого хода двигателя, работающего без нагрузки, ранее рассчитано

(пункты 1.5, 1.6)

Мхх = 4.93 Нм

Мхх*=0.12

Имеем: М= Мхх*=0.12

Определяем время разгона без нагрузки на первой ступени:

t=Тм1*ln=Тм1*А=0.668*ln=0.668*ln1.737=0.668*0.552=1.369с

Здесь и для других М.Х. реостатного пуска величина А одинакова:

А= ln=ln= ln= ln1.737=0.552

Время разгона на второй и третьей ступенях пуска:

t= Тм2*А=0.411*0.552=0.227с

t= Тм3*А=0.246*0.552=0.136 с

Время завершения пуска на естественной М.Х. ,а также времена приема и сброса нагрузки:

t=t=t= 4*Tме = 4*0.146 = 0.584с

Время торможения противовключением:

t= Тм*ln= 1.23 *ln= 1.23*ln1.912 = 1.23*0.648=0.797с

Суммарное время пуска без нагрузки:

t= t+ t+ t+ t=1.369 + 0.227 + 0.136 + 0.584 = 2.316 c

12.3 Длительности ПП при номинальной нагрузке

Здесь

Мс=Мn

М=М=1

Рассчитанные в п.12.1. постоянные времени остаются прежними, так как нагрузка на

них не влияет. Длительность ПП определяется по выражению:

t= Тмi* ln

Времена разгона под нагрузкой на каждой ступени пуска:

А1= ln=ln= ln= ln 3.061 =1.119

t= Тм1*А1= 0.668*1.119 = 0.747 с

t= Тм2*А1= 0.411*1.119 = 0.46 с

t= Тм3*А1= 0.246*1.119 = 0.275 с

t= 4*Tме = 4*0.146 = 0.584с

Суммарное время пуска под нагрузкой:

t= 0.747 + 0.46 + 0.275 + 0.584 = 2.07 с

Время динамического торможения в одну ступень:

t= Тм*ln= 0.542*ln=0.542*ln1.5 =0.542* 0.4050.22 с

12.4 Длительность циклограмм для выбора масштаба времени:

Для циклограммы пуска и торможения под нагрузкой:

t=( t+ t+ t+ t)*1.2 =( 2.316+ 0.584+0.584 +0.797) * 1.23.33 c

Для циклограммы пуска и торможения под нагрузкой:

t=(t+t)*1.2 = (2.07 + 0.22 )*1.2 = 2.75 с

Масштаб времени для построения диаграммы выбирается один: m=80 мм/с

5. Диаграмма

М

2.5 М1 а’ b’ c’

2

1.5 М1 a b c

1 Мс Мс

0.5

t,c

0

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

ttttt=0.22 с

t=2.07 с





1.0 

0.8 = 0.91 c

0.6  b - М= -2.5

0.4  a = (t)

0.2

0 2.07

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

ttttt=0.22 с

Выводы

1.Линейность механических характеристик ДПТ НВ обеспечивает быстрое их графическое изображение по двум точкам.

Диапазон 1:3 достигается лишь при понижении напряжения якоря, и при реостатном регулировании с дополнительным шунтированием якоря. Во втором случае КПД двигателя становится крайне низким, всего 11%

2. Для ограничения пускового тока с требуемой кратностью =2.5 от номинального требуется ввести в цепь якоря последовательное сопротивление 2.22 Ом , что в 3.7 раза больше сопротивления якоря с соответствующим увеличением потерь мощности при пуске. Такое же ограничение тока можно обеспечить понижением напряжения якоря до 85.07 В, то есть уменьшить его в 2.6 раза от номинального значения. При этом дополнительных потерь мощности не происходит, но требуется специальный регулятор напряжения.

3. Пуск двигателя в одну ступень при номинальной нагрузке невозможен, так как при выключении пускового реостата бросок тока превысит допустимое значение.

4. Реостатное регулирование скорости приводит к большим потерям мощности , превышающие полезную мощность на валу двигателя. Поэтому такое регулирование должно быть непродолжительным.

5. Повышение скорости вверх от номинальной за счет уменьшения магнитного потока возможно лишь при моментах нагрузки, меньших номинального значения

6. При резком снижении напряжения якоря или увеличения потока возбуждения двигатель переходит в генераторный режим с броском тормозного момента, который может быть недопустимым. Для двигателя с паспортными данными в контрольной работе скачки напряжения якоря не должны превышать 22% его номинального значения.